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GC-MS衍生化法检测先天性畸形羊水中的非极性氨基酸

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2017年7月 基础医学与临床 Basic&Clinical Medicine July 2017 Vo1.37 No.7 第37卷第7期 文章编号:1001—6325(201 7)07—1004—06 xol-究 GC—MS衍生化法检测先天性畸形羊水中的非极性氨基酸 任利红 ,刘 刚 ,徐红兵 ,罗 蓉 (重庆医科大学1.附属第一医院内分泌科;2.附属大学城医院妇产科;3.附属第一医院产科,重庆400016) 摘要:目的利用气相色谱质谱(Gc—Ms)衍生化法对孕先天性畸形儿孕妇羊水中的非极性氨基酸,包括丙氨酸 (Ala)、亮氨酸(Leu)、异亮氨酸(Ie)、脯氨酸(Pro)和苯丙氨酸(Phe)进行定量检测;探讨疾病组与正常组孕妇羊水 中非极性氨基酸的差异及其意义。方法取100 羊水上清液,加入甲醇去蛋白后提取上层清液吹干,进行 MSTFA衍生化,利用GC—MS检测并分析检测结果。结果该方法具有良好的灵敏度、精密度、准确度以及回收率。 在最优化的检测条件下,被检测氨基酸最低检出限为0.12—0.38 mg/L,线性范围为0.5~10 mg/L,添加回收率为 91.12%~104.41%,日内及日间相对标准偏差(RSD)为0.84%~9.33%。用建立的方法对17例疾病组和13名正 常组孕妇的羊水样本进行测定,统计分析结果表明,疾病组孕妇羊水中亮氨酸和异亮氨酸含量显著降低(P< 0.01),其余3种氨基酸水平无明显差异。结论本方法经方法学验证,可作为羊水中氨基酸含量的测定方法,具有 良好的应用前景;亮氨酸的减少可能参与了先天性畸形的发生。 关键词:先天性畸形;羊水;气相色谱一质谱;非极性氨基酸 中图分类号:R446.19 R714.53 文献标志码:A Quantcation of he nonpolar amino acids in amniotic fuid of congenital malformation by gas chromatography mass spectrometry(GC—MS)dervatzaton method REN Li.hong ,LIU Gang ,XU Hong.bing ,LUO Rong (1.Dept.of Endocrinology,the First Afiated Hospial;2.Dept.of Gynecology and Obstetrics,Universiy・Town Hospial; 3.Dept.of Obstetcs,the First Afiated Hospial,Chongqing Medical Universiy,Chongqing 400016,China) Abstract:0bjectve To develop a gas chromatography-mass spectometry(GC-MS)detecton method for quan- caton of the nonpolar amino acids in amniot fuid of congenial malormaton including alanine(Ala),leu- cine(Leu),isoleucine(Ie),prolne(Pro)and phenylalanine(Phe).To compare the diferent amino acids in amniotic fuid between pregnant women with congenital malforation and normal control and analyze the corre- sponding pathogenesis.Methods Afer precipitated protein of the 1 00 txL supernatant of amniotic fuid by methyl alcohol,the supernatant was dried by niogen.The extractons were treated wih MSTFA fr derivatzaton.Then gas chromatography-mass spectrometr was used to detect and analyze the amino acids.Results This method was proved to have good sensitivity,precision,accuracy and recoveries.Under the optimum testing conditions, he lmi of detecton(LOD)was 0.12—0.38 mg/L.The calbraton curves showed good lneariy over the in一 收稿日期:2017—02—09 修回日期:2017—04—26 基金项目:重庆市社会民生科技创新专项(cstc2015shmszx120040) 通信作者(corresponding author):uorongy@163.con 
任利红GC.MS衍生化法检测先天性畸形羊水中的非极性氨基酸 1005 vestigated concentration range between 0.5 and 10 mg/L.The recoveries were 91.12%o 104.41%.The relative standard deviaton of nta and inter-day was 0.84%o 9.33%.The developed method was appled o he quant cation of 5 nonpolar amino acids in amniotic fuid of 1 7 pregnant women with congenital malformation and 1 3 normal control pregnant woman.The contents of leucine and isoleucine decreased in disease group compared to controls.The difference of the other three amino acids between the two groups had no statistical signifcance. Conclusions The valdaton resul showed that he method was suiable for detecton of he amino acids in amni otic fluid and having broad prospect of clinical application.Leucine may participate in the pathogenesis of congen— tal malation. Key words:congenial maformation;amniotc fuid;gas chromatography—mass spectrometric;nonpolar amino acids 先天性畸形是指胎儿在生长发育过程中,由于 多种致畸因素引起的胎儿形态结构上的异常及先天 性代谢缺陷¨』,包含的病种多,对患儿自身,家庭以 及社会造成沉重的负担。据报道,先天性畸形儿的 生物体液如尿液、血液以及脑脊液中氨基酸谱发生 了明显的改变 J。氨基酸是生物功能大分子蛋白 质的基本组成单位,参与了人体多条代谢通路 J, 与多种疾病的发病机制密切相关 。因此,测定先 天性畸形相关生物样本中的氨基酸含量具有重要的 超或染色体检查报告结果确认。收集在重庆医科大 学附属第一医院产科进行羊膜腔穿刺检查的产妇的 羊水样本。其中包括17例孕先天性畸形胎儿的孕 妇,孕15~28周,年龄24~41岁,无血液、呼吸和消 化等其他器官系统疾病。年龄及孕周相匹配的正常 孕妇l3名,其相关信息记录在表1。所有人组孕妇 均签署知情同意书,并且本研究已经通过伦理委员 会审核。收集的羊水样本3 500 r/min离心10 min, 取其上清液,放于一8O℃保存备用。 1.2实验方法 临床意义。本文建立气相色谱质谱(GC-MS)衍生 化法对孕先天性畸形儿孕妇的羊水样本,进行非极 性氨基酸含量的检测,包括丙氨酸(Ala)、亮氨酸 1.2.1溶液的配置:5种氨基酸标准品用甲醇配 制成各自氨基酸储备液以及6个不同浓度的混 标溶液,储备液浓度为:丙氨酸(Ala)1 g/L、亮氨 酸(Leu)1 g/L、异亮氨基酸(Ile)1 g/L、脯氨酸 (Pro)1 g/L和苯丙氨酸(Phe)2 g/L。混标溶液 中每个氨基酸的添加浓度分别为0.5×10一g/L、 1×10一 g/L、2x10一 g/L、5×10一 g/L、7.5×10一 g/L (Leu)、异亮氨酸(Ie)、脯氨酸(Pro)和苯丙氨酸 (Phe);并探讨氨基酸含量的变化与疾病之间的 关系。 材料与方法 1.1材料 和10x10~g/L。 1.1.1试剂:氨基酸标准品:丙氨酸(Ala)、亮氨 酸(Leu)、异亮氨酸(Ile)、脯氨酸(Pro)、苯丙氨酸 (Phe),双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺(BSTFA) 和N一甲基一N.(三甲基甲硅烷基)三氟乙酰胺 (MSTFA)(Sigma—Aldrich公司);甲醇(TEDIA公 司)。 1.2.2样本处理:取100 tzL不同浓度的混标溶液 于37℃氮吹仪吹干,加人50 衍生化试剂(MST— FA),混匀30 S,密封,在70℃水浴箱反应60 min。 恢复至室温后,取1 L用于GC—MS进样分析。 羊水上清液于4℃解冻,各取100 ,加入  mL甲醇溶液沉淀蛋白(v:v为1:10),将去蛋白的 羊水样本涡旋振荡混匀30 S,然后于3 500 r/min离 .1.2样本收集:胎儿先天性畸形的诊断依靠B 表1孕妇的妊娠相关信息资料 Table 1 The relative characteristics of the pregnant women age/years control congenial malformaton gestatona weeks 18 ̄3(15~28) BMV(kg/m ) 23.76 ̄1.91 24.22 ̄2.56 ample size/n 30 ̄3(24-41) 32 ̄4(24-41) 20+2(14~32) 
1006 基础医学与临床 Basic&Clnical Medicine 实验比较了两种硅烷化试剂:BSTFA和MSTFA对 心15 min;取离心上清液,用37℃氮吹仪吹干,加入 50 衍生化试剂(MSTFA),混匀30 S,密封,在 70 c水浴箱反应60 min。恢复至室温后,取1 IxL 用于GC-MS进样分析。 被检氨基酸的衍生化效果,确定衍生化试剂的选择; 衍生化时间的优化:在其他条件固定的情况下,用 5×10 g/L的混标溶液进行衍生化反应,衍生化时 间分别为40、50、60、7O或80 min,每个时间下重复 进样3次;衍生化温度的优化:用5×10 1.2.3气相色谱质谱条件的设置:色谱柱:DB一5 毛细管柱(30 mm×0.25 mm,0.25 txm);程序升 温:初始温度1O0℃保持3 min,再以15℃/min L混标溶 液,分别于60、65、70、75或80℃温箱中衍生 升至280 保持10 min;进样口温度:250℃; 传输线温度:280 oC;载气:氦气,恒流模式;流 速:1.0 mL/min。电子轰击源(EI):电子能量 70 eV;离子源温度:230℃;四级杆温度:150 oC; 扫描方式:选择离子扫描(SIM)模式进行。5种 被检氨基酸的色谱图如图1所示,其保留时间、 分子质量和选择离子如表2所示。 表2各氨基酸的保留时间、分子质量和选择离子 Table 2 Retention time,MW,selected ions of MSTFA derivatives of amino acids amino retention elected acids me/min Mw /ku 。ns/f【n/z) Ala 4.48 233 73,116,147 Leu 4.93 275 57.73.158 e 5.42 275 73,158,218 Pro 6.58 259 57.73.142 Phe 7.35 237 73,144,218   d e:r 。t  mo ma    ves. 图1经衍生化后的5种氨基酸选择离子色谱图 Fig 1 Chromatographic separation of the standard mixture of ve target compounds obtained in SIM 1.2.4衍生化条件的优化:衍生化试剂的优化:本 60 min,每个温度下重复进样3次。 1.2.5氨基酸定量分析:6个不同浓度混标溶液 (0.5x10~g/L、1×10~g/L、2x10~g/L、5x10~g/L、 7.5×10 g/L和10 ̄10 g/L)进行GC MS检测后计 算其峰面积,以浓度为横坐标,峰面积为纵坐标,利 用外标法建立标准曲线,根据测定实际样本中各氨 基酸的峰面积进行浓度计算。 1.2.6精密度和添加回收率实验:用正常孕妇羊水 样本进行添加回收率和精密度实验,添加水平分别 为1×10~g/L、5×10 g/L和7.5×10~g/L,每个添 加水平平行测定5次,计算其回收率和日内、日间相 对标准偏差(relatve sandard deviaton,RSD)。 1.3统计学分析 实验数据用SAS 9.2统计软件进行处理,计量 资料用均数±标准差( ± )表示,应用两样本均数差 别的t检验分析组间差异性。 2 结果 2.1衍生化试剂的优化结果 氨基酸具有极性功能团,不易挥发,所以进行 GC—MS分析前需要进行衍生化。硅烷化试剂是最 常用的衍生化试剂,挥发性强,热稳定性能好,操作 简单易行,可以获得较好的色谱图。对比BSTFA和 MSTFA两种衍生化试剂的效果,发现利用MSTFA 衍生化时检测灵敏度更高,色谱图背景干扰较小,因 而选用MSTFA作为本方法的衍生化试剂。 2.2衍生化时间的优化结果 当反应时间从40 min~60 min时,氨基酸平均 峰面积逐渐上升,60 min~80 rn时色谱峰面积趋 于稳定,因此衍生化反应时间选择为60 rn。衍生 结果如图2所示。 2.3衍生化温度的优化结果 实验发现,衍生温度(temperature)在60℃一 70 时,每种氨基酸的平均峰面积随着温度的升高 
 一日 & 任利红 GC—MS衍生化法检测先天性畸形羊水中的非极性氨基酸 印 ∞ ∞ ∞ 加 m 4o 50 0 70 nme/Ⅱ1Ⅱ1 图2氨基酸衍生化时间优化图 Fig 2 Optimizaton derivatization time of amino acids(i蜘,n=3) 而增加;衍生温度在70℃一80℃时,平均峰面积逐 渐下降,因此,将70℃确定为最优衍生温度。衍生 结果如图3所示。 图3氨基酸衍生化温度优化图 g 3 Optimization of derivatization temperature n amino acids( ,,l=3) 2.4氨基酸定量分析结果 被检氨基酸浓度在(0.5~10)×10 L范围内 线性关系良好,其线性方程(表3)的相关系数为 0.990 6—0.994 8。根据信噪比(signal/noise,S/N= 3)计算其最低检出限(1miaton of detecton,LOD) 范围为(0.12~0.38)×10~g/L。 2.5精密度和添加回收率 添加回收率在91.12%~104.41%之间,RSD在 0.84%一9.33%,充分说明该方法具有良好的回收率 和精密度,可满足临床检测的要求(表4)。 表3 5种氨基酸的线性范围、线性方程、最低 检出限及回归系数 Table 3 Calbraton range,regression equaton,limita- ion o detecton and regression CO-efcient  )0f 5 analyzed amino acids 表4羊水中5种氨基酸的添加回收率和精密度结果 Table 4 Spiked recoveries and presions oamino acids in amniotic fuid 2.6先天性畸形儿孕妇和正常对照组羊水中的氨 基酸浓度比较 相比正常对照组,病例组的亮氨酸(Leu)和异 亮氨酸(Ile)显著下降(P<O.05)(表5)。 讨论 先天性畸形是造成围产儿死亡的重要原因,种 类繁多,相关危险因素复杂 ,且仍有许多种类的 疾病病因不明。深入研究探讨该病的发病机制对其 
1008 基础医学与临床 Basic&Clnical Medicine 表5两组孕妇羊水中的氨基酸浓度 Table 5 Concentraton of calculated amino acds among congenial malormaton and c0ntr0l( ,10一。g/L,n=3) 预防及治疗有重要意义。有关该病的许多研究证 实,畸形形成过程中存在着多种氨基酸代谢紊 乱 J。本研究建立了气相色谱串联质谱法(GC. MS)检测分析孕有先天性畸形儿的孕妇羊水中5种 非极性氨基酸含量的方法,旨在探讨氨基酸水平的 改变,并为该病的病因学研究提供理论基础,为其诊 治及预防提供理论依据。 目前,氨基酸的检测方法有酶法 j、气相色谱法 (GC) J、高效液相色谱质谱联用法(HPLC.Ms) 和 生物传感器法¨ 等。酶法检测氨基酸时灵敏度低, 不能同时对多种氨基酸进行检测。HPLC.MS法对仪 器设备要求较高,不能被广泛推广。利用生物传感 器检测氨基酸需要固定化处理,且酶蛋白的选择有 定的局限性_ 。相对于其他分离技术,GC—MS技 术具有灵敏度高,抗干扰能力强,重复性好等优点, 对氨基酸的检测有一定的优势。 本次实验结果显示,疾病组和正常对照组相比, 疾病组的亮氨酸(Leu)与异亮氨酸(Ie)水平相比正 常组显著下降;而丙氨酸(Ala)、苯丙氨酸(Phe)和 参考文献: [1]刘兴国.新生儿先天性畸形[J].实用妇产科杂志,1994, 290—291. [2]Park YY,Sohn BH,Johnson RL,e a1.Yes—associated pro. tein 1 and transcriptonal coactivator with PDZ—binding motf activate the mammalian target of rapamycin complex 1 path— way by regulating amino acid transporters in hepatocellular carcinoma[J].Hepaology,2016,63:159—172. [3]Xing Y,Li X,Guo X,et a1.Simulaneous determinaton of  8 D—amino acids in rat plasma by an ultrahigh—performance liquid chromatography—tandem mass spectrometry method: application to explore the potential relationship between Alzheimefs diease and D—amino acid vel aleratons J_. 脯氨酸(Pro)虽有下降但无统计学意义。亮氨酸 (Leu)与异亮氨酸(Ie)均为人体必需氨基酸,属于 支链氨基酸。亮氨酸(Leu)可以通过刺激TOR信号 通路,对Robers综合征有治疗作用 ;而且21一三 体综合征者也被发现有亮氨酸的减少 。说明亮 氨酸(Leu)代谢可能与先天性畸形的发生有关,值 得进一步深入研究。异亮氨酸(Ile)与亮氨酸(Leu) 理化性质相似,其在先天性畸形形成过程中的作用 有待于进一步研究。 本研究建立的GC.MS方法同时检测羊水中的 5种非极性氨基酸,成功应用到实际样本的检测,不 仅测定了每种氨基酸含量的变化,而且探讨了可能 的发病机制。该方法具有良好的灵敏度、精密度、准 确度以及回收率,符合生物样本中氨基酸的检测要 求,能够为该种疾病的诊治提供参考依据,具有良好 的应用前景。由于该病种类繁多且发病率不甚高, 临床收集病例样本过程困难,本实验样本量还很小, 且难以将其分门别类单独研究。后续期望大样本量 的相关实验进一步展开,论证本实验的结论。 Anal Bioanal Chem,2016,408:141.150. [4]李彬,王宏宇.79例先天性畸形儿的相关因素分析[J]. 中国优生与遗传杂志,2016,24:104—105. [5]Kal A,Kal E.The rol of amino acds in spina bida [J].Cln Exp Obset Gynecol,2012,39:374—375: [6]Xu B,Sowa N,Cardenas ME,e a1.L—eucine paraly es— cues translational and developmental defects associated with ebrh model of Cornel de Lange syndrome[J].Hum Mol Genet,2015,24:1540.1555. [7]Kato S,Kio Y,Hemmi H,et a1.Simulaneous detmina ion of D—amino acids by the coupling method of D—amino acid oxidase with high—perormance liquid chromatography 
任利红GC—MS衍生化法检测先天性畸形羊水中的非极性氨基酸 electrochemical enantiomerc resolution and analysis of a— [J].J Chromatgr B Anayt Techno Biomed Li Sci, 2011,879:3190—3195. mino acid biomarkers[J].Biosens Bioeecton,2015, 68:163.167. [8]Kayacelebi AA,Kn ̄el AK,Beckmann B,e a1.Measure. ment of unlabeled and stable isotope-labeled homoarginine, [11]李辉欣,鞠建松,张琳琳,等.D一氨基酸检测方法研究进 展[J].生物技术通报,2013,246:68.72. arginine and their metabolites in biological samples by GC— MS and GC-MS/MS[J].Amino Acids,2015,47: 2023—2034. [12]Xu B,Sowa N,Cardenas ME,e a1.L-eucine pary rescues translationa and developmental defects associated [9]Koga R,Miyoshi Y,Sat Y,e a1.Enantoselctve deter minaton of citrulline and ornithine in the urine of d.amino acid oxidase deficient mice using a two-dimensional high- wih zebrsh model of Cornela de Lange syndrome[J]. Hum Mol Genet,2015,24:1540—1555. [13]Coppus AW,Fekkes D,Verhoeven MA,et a1.Plasma a— mino acids and neopterin in heathy persons with Down’S perormance lquid chromaographi sysem[J].J Chromatogr A,2016,1467:312—317. yndrome[J].J Neur Transm(Vinna),2007,114: 】O4】一】O4 _ [10]Marn A,Batala P,Hern6ndez—Feer J,e a1.Graphene oxide nanoribbonobased sensors for the simUhaneol】s bi0.  生育与低死亡风险相关 据美国国家科学院院报(PNAS)网站(2015—11-10)报道,最近一份研究指出,生育因素与降低女性全因死亡风险(a cause deah)、癌症及心J往/血管疾病的死亡风险有关。 研究团队利用欧洲癌症与营养的前瞻性调查(European Prospectve Invesgatn int Cancer and Nuton),找到并分析来 自10个国家共322 972名女性的资料,其中包括饮食习惯、生活模式、个性与医疗纪录;在历时12.9年的追踪后,有5 938名 女性死于癌症、2 404名死于循环系统相关疾病。 研究发现,整体来说,生育年龄在26—30岁之间的女性的死亡风险较生育年龄小于20及大于31岁的女性低;曾经母乳 哺育的女性的风险较未曾母乳哺育者低;初经年龄在15岁以上的风险较12岁以下者低;未曾吸烟或曾经吸烟的女性中,服用 避孕药者的风险较低。针对癌症死亡风险,曾经生育过或生过2~3胎者的风险较未生育者、仅生一胎者低;未曾吸烟或曾经 吸烟的女性中,服用避孕药的女性的风险也较低。最后,针对心且壹/血管疾病死亡风险,曾经生育过、母乳哺育或初经年龄在 15岁以上者的风险较低。研究还发现生育再加上母乳哺育的经验可以降低缺血性心脏病(ichemic hear diease)的死亡 风险。 该研究刊登于最新一期BMC Medicine。 产后糖尿病可以预知 据美国国家科学院院报(PNAS)网站(2015-10—28)报道,妊娠糖尿病指的是仅在女性怀孕期间发生的糖尿病,约有2—7% 的孕产妇会患病。虽然原则上此病症在生产结束后便会消失,但是曾经患妊娠糖尿病的女性在往后的日子里发展出产后糖 尿病的风险却会增加。为了更有效的控制与预防女性产后糖尿病的发生,德国赫蒙霍兹慕尼黑卫生与环境研究中心 (Helmhohz Zentum Mfnchen)近日研发出预测妊娠糖尿病患者产后糖尿病发展概率的方法。 研究人员搜集了257位在1989~1999年间曾患妊娠糖尿病女性的数据进行分析,其中包含这些女性生产后长达20年的 追踪数据。研究发现其中有110位女性在追踪期间发展出产后糖尿病。为了能够了解发展出产后糖尿病患者的特质,研究主 持人Ane ̄e—Gabrele Zigler加入了数个学界熟知与此病症相关的变项进行分析。 研究者Meike Kohlr认为,根据分析结果,要计算个人发展出产后糖尿病的风险其实并不难。身体质量指数(BMI值)、个 体的基因倾向、哺喂母乳的状况与妊娠期的糖尿病是否有使用胰岛素治疗等都是重要的影响因素。 而根据研究者所设计的这套以记点方式评估产后糖尿病发展风险的系统,得分落在低风险区间的女性在产后5年内发展 出糖尿病的概率为11%;中度风险区间为29—64%;分数为高风险者的概率则为80%以上。 该研究刊登于最新一期Acta Diabetologia。 
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